POLA RESONANSI LOKAL PADA PEREDAM BUNYI DENGAN INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK TABUNG.
POLA RESONANSI LOKAL PADA PEREDAM BUNYI DENGAN
INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK TABUNG
Disusun Oleh:
MUSTIKA CAHYA FITRIANI
M0212054
SKRIPSI
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS ILMU MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
November, 2016
POLA RESONANSI LOKAL PADA PEREDAM BUNYI DENGAN
INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK TABUNG
Disusun Oleh:
MUSTIKA CAHYA FITRIANI
M0212054
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS ILMU MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
November, 2016
ii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul
: Pola Resonansi Lokal Pada Peredam Bunyi Dengan
Inklusi Sonik Kristal Berbentuk Tabung
Yang ditulis oleh
Nama
: Mustika Cahya Fitriani
NIM
: M0212054
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada
Hari
: ........................................
Tanggal : ........................................
Dewan Penguji
1. Ketua Penguji
Dr. Fahru Nurosyid, S.Si.,M.Si.
NIP.197210132000031002
........................................
2. Sekretaris Penguji
Dra. Riyatun, M.Si
NIP.196802261994022001
........................................
3. Anggota Penguji I
Drs. Harjana, M.Si, M.Sc, Ph.D.
NIP.195907251986011001
........................................
4. Anggota Penguji II
Ubaidillah, S.T, M.Sc.,Ph.D.
NIP.198408252010121004
........................................
Disahkan pada tanggal .............
Oleh
Kepala Program Studi Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dr. Fahru Nurosyid S.Si., M.Si
NIP. 197210132000031002
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual dari penelitian saya dengan
judul “POLA RESONANSI LOKAL PADA PEREDAM BUNYI DENGAN
INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK TABUNG” adalah hasil kerja saya
dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi Skripsi tidak berisi materi penelitian
orang lain maupun telah dipublikasikan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di
Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi Negeri lainnya kecuali yang
tertulis dalam daftar pustaka dalam Skripsi ini dan ucapan terimakasih. Isi skripsi
ini boleh dirujuk atau diperbanyak secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 25-11-2016
MUSTIKA CAHYA FITRIANI
iv
HALAMAN MOTTO
“Educating the mind without educating the heart is no educating at all.”
(Aristotle)
“Anyone who has never made a mistake has never tried anything new.”
(Einstein)
“Dimanapun engkau berada selalulah menjadi yang terbaik dan berikan yang
terbaik dari yang bisa kita berikan.”
(B. J. Habibie)
v
HALAMAN PERSEMBAHAN
Karya ini dipersembahkan kepada orang tua, teman, anggota lab. iARG dan
semua yang membaca karya ini
ccmustika@student.uns.ac.id
vi
POLA RESONANSI LOKAL PADA PEREDAM BUNYI DENGAN
INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK TABUNG
MUSTIKA CAHYA FITRIANI
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Penelitian ini berfokus pada pengujian laboratorium dari sampel peredam
bunyi dengan inklusi sonik kristal berbentuk tabung. Kajian mengenai sampel
tersebut bertujuan untuk mempelajari karakteristik redaman sampel pada bentang
frekuensi rendah hingga medium (150-1600 Hz). Pengujian koefisien serap bunyi
dan intensitas bunyi menggunakan metode tabung impedansi 2 dan 4 mikrofon
dari B&K 4206 dengan standar ASTM E-1050. Sampel peredam merupakan
bahan nonwoven berupa felt. Pada permukaan sampel felt diberikan lapisan
aquaproof. Lapisan ini meningkatkan koefisien serap bunyi felt yaitu semula 0,21
menjadi 0,76 pada frekuensi 930 Hz, dikarenakan adanya mekanisme elastis
membran. Pemberian sonik kristal berupa tabung pada permukaan felt akan
meningkatkan koefisien serap bunyi dari 0,76 pada frekuensi 930 Hz menjadi 0,9
pada frekuensi 600 Hz, dikarenakan setiap unit tabung sonik kristal berperilaku
sebagai resonator Helmholtz. Hasil dari pengujian adalah sonik kristal memiliki
mekanisme resonansi lokal dari resonator Helmholtz, efek hamburan yang kuat,
serta multi resonansi dengan sampel peredam.
Kata kunci: Felt, aquaproof, sonik kristal, resonansi lokal, resonator Helmholtz.
vii
THE PATTERN OF THE LOCAL RESONANCE IN SOUND ABSORBER
WITH SONIC CRYSTAL INCLUSION OF TUBULAR
MUSTIKA CAHYA FITRIANI
Physics Department, Faculty of Mathematic and Natural Sciences,
Sebelas Maret University
ABSTRACT
This study focused on laboratory testing of absorber by using sonic crystal
tubular inclusion. The study of the sample aimed at studying absorption
characteristics of the sample at the low - medium frequency band (150-1600 Hz).
The sound absorption coefficient and the sound intensity test are using the
impedance tube method two and four microphones of B & K 4206 with ASTM E1050 standards. The Absorber uses a nonwoven material such as felt. The felt
surface given aquaproof layer. This layer increases the sound absorption
coefficient of the felt that before had 0.21 into 0.76 at a frequency of 930 Hz, and
it is because of the elastic membrane mechanism. Given sonic crystal tubular on
the felt surface improved the sound absorption coefficient of 0.76 at a frequency
of 930 Hz becomes 0.9 at a frequency of 600 Hz, it is because each unit tube of
the sonic crystal behaves as a Helmholtz resonator. The test result was sonic
crystals had local resonance mechanism of the Helmholtz resonators, a strong
scattering effect, and multi-resonance with absorber.
Keyword: Felt, aquaproof, sonic crystal, local resonance, Helmholtz resonator.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi. Sholawat dan
salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai pembimbing
seluruh umat manusia.
Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan
gelar Sarjana Sains ini penulis beri judul “POLA RESONANSI LOKAL PADA
PEREDAM BUNYI DENGAN INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK
TABUNG”. Terselesaikannya skripsi ini adalah suatu kebahagiaan bagi penulis.
Setelah hampir satu tahun penulis harus berjuang untuk menuntaskan Skripsi ini.
Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan Skripsi ini
penulis mengucapkan terimakasih. Atas bantuan yang begitu besar selama proses
Skripsi ini, ucapan terimakasih secara khusus penulis sampaikan kepada:
1. Bapak Harjana selaku Dosen Pembimbing I atas saran dan masukan positif
untuk menunjang kesuksesan penulis selama proses studi hingga memperoleh
gelar sarjana.
2. Bapak Ubaidillah selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan, bantuan
dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Iwan Yahya selaku kepala lab iARG dan pendidik, yang dengan
sangat sabar dan ikhlas selalu membantu penulis dalam setiap kesulitan,
memberikan dukungan serta motivasi, memberikan banyak pengalaman
yang sangat berkesan dan berarti, juga sebagai sandaran inspirasi bagi
setiap anak didiknya.
4. Bapak Fahru dan Ibu Riyatun selaku Dosen Penguji I dan II atas saran dan
masukkan secara detail pada penulis dalam penulisan skripsi ini.
5. Kedua orang tua penulis Bapak Dasa Srimulyono dan Ibu Nanik
Chomaryani, serta adik penulis Hanggaresa Cahya Farizqi, yang selalu
senantiasa bersabar, menberikan doa dan memberikan semangat kepada
penulis.
6. Restu Kristiani yang telah membatu, memberikan semangat dan ide-ide
kepada penulis.
ix
7. Keluarga iARG, atas semangat dan keceriaan yang telah diberikan kepada
penulis.
8. Agfa Herison, yang selalu senantiasa memberikan motivasi dan
bantuannya kepada penulis.
9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu demi satu yang selalu
mendukung penulis dalam menyelesaikan skripsi ini
Surakarta, 25-11-2016
Penulis
x
PUBLIKASI
No.
Judul
1.
Sound Absorption
Enhancement of
Nonwoven Felt by Using
Coupled Membrane Sonic Crystal Inclusion
Penulis
Mustika C. Fitriani,
Iwan Yahya,
Harjana, Ubaidillah,
Farri Aditya,
Yusniar Siregar,
Moekarto Moeliono,
Sony Sulaksono
2.
Attenuation of
Multilocal Resonant
Coupled Cylindricalshaped Sonic Crystal
with Various Slit
Position and Axis
Orientation Angle
Restu Kristiani, Iwan Engineering Physics
Yahya, Harjana,
International Conference
Suparmi, Mustika
(EPIC) 2016.
Cahya Fitriani
3
Analisis Kinrja Akustik
Komposit Limbah
Serbuk Bambu dengan
Bahan Perekat Tepung
Sagu
M.C. Fitriani, R.
Prosiding, Seminar
Kristani, E. Muqowi, Nasional Bamboo
I. Yahya, Harjana
Bienale 2014.
xi
Jenis Publikasi
The 8TH International
Conference on Physics
and Its Application
(ICOPIA) 2016.
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ...................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................
iii
HALAMAN PERNYATAAN ....................................................................
iv
HALAMAN MOTTO .................................................................................
v
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................
iv
HALAMAN ABSTRAK .............................................................................
vii
HALAMAN ABSTRACT ..........................................................................
viii
KATA PENGANTAR ................................................................................
ix
HALAMAN PUBLIKASI ..........................................................................
xi
DAFTAR ISI ...............................................................................................
xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xv
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xvi
DAFTAR SIMBOL......................................................................................
xix
DAFTAR LAMPIRAN................................................................................
xx
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN .....................................................................
1
1.1. Latar Belakang ..................................................................
1
1.2. Batasan Masalah ...............................................................
3
1.3. Perumusan Masalah ..........................................................
4
1.4. Tujuan Penelitian ..............................................................
4
1.5. Manfaat Penelitian ............................................................
5
TINJAUAN PUSTAKA............................................................
6
2.1.
Bunyi .................................................................................
6
2.2.
Gelombang Bunyi .............................................................
6
2.3.
Interaksi Gelombang Bunyi pada Medium .......................
9
2.3.1. Pemantulan ..............................................................
9
2.3.2. Penyerapan ..............................................................
10
2.3.3. Transmisi .................................................................
11
2.3.4. Hamburan ................................................................
11
xii
2.4.
Material Akustik ...............................................................
12
2.4.1. Material Penyerap ....................................................
12
2.4.2. Material Penghambur ..............................................
13
2.5.
Material Non-woven ..........................................................
14
2.6.
Resonator Helmholtz .........................................................
14
2.7.
Mekanisme Akustik Pada Peredaman ...............................
15
2.8.
Metode
Tabung
Impedansi
Dua
Mikrofon
(Two
Microphone Impedance Tube Method) .............................
2.9.
BAB III
Metode Tabung Impedansi Empat Mikrofon (Four
Microphones Impedance Tube Method)............................
18
2.10. Metamaterial .....................................................................
20
2.11. Phononic Crystal ..............................................................
21
2.12. Sonik Kristal......................................................................
22
2.13. Kristalografi ......................................................................
23
2.14. Resonansi Lokal pada Metamaterial.................................
25
2.15. Atenuasi Bunyi .................................................................
25
METODE PENELITIAN .........................................................
26
3.1.
Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................
26
3.2.
Alat dan Bahan .................................................................
26
3.2.1. Alat .........................................................................
26
3.2.2. Bahan ......................................................................
26
Prosedur Penelitian ..........................................................
28
3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ......................................
28
3.3.2. Pembuatan Sampel .................................................
29
3.3.3. Pengujian ................................................................
32
3.3.4. Analisa ....................................................................
33
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .......................
34
Elektro – Akustik Pada Sonik Kristal ..............................
34
3.3.
BAB IV
17
4.1.
4.1.1. Sampel Sonik Kristal dengan Resonator Helmholtz
Satu Leher ................................................................
4.1.2. Sampel Sonik Kristal dengan Resonator Helmholtz
xiii
34
Dua Leher.................................................................
34
4.1.3. Sampel Kisi Sonik Kristal dengan Resonator
Helmholtz Satu Leher.............................................
35
4.1.4. Sampel Kisi Sonik Kristal dengan Resonator
Helmholtz Dua Leher...............................................
36
4.2. Sampel Peredam Felt dengan Aquaproof...........................
37
4.3. Sampel Sonik Kristal.........................................................
39
4.3.1. Perbandingan Variasi Tabung..................................
39
4.3.2. Penambahan kisi.......................................................
42
4.3.3. Perbandingan Jarak kisi............................................
44
4.4. Sampel Peredam dengan Inklusi Sonik Kristal..................
46
4.5. Koefisien Transmisi dan Atenuasi Bunyi..........................
48
PENUTUP ................................................................................
52
5.1.
Kesimpulan ......................................................................
52
5.2.
Saran ................................................................................
53
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
54
LAMPIRAN ................................................................................................
57
BAB V
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1.
Variasi Tabung ..................................................................
29
Tabel 3.2.
Variasi Kisi .......................................................................
30
Tabel 3.3.
Variasi Jarak Antara Tabung ............................................
30
Tabel 3.4.
Variasi Sampel Non-woven Inklusi Sonik Kristal ............
31
Tabel 4.1.
Koefisien serap bunyi penambahan jarak pada sampel A..
46
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.
Tekanan dan Peregangan Partikel Fluida...........................
7
Gambar 2.2.
Interaksi Gelombang Melalui Bidang Batas Dua Medium
9
Gambar 2.3.
Gejala refleksi, transmisi dan absorpsi..............................
10
Gambar 2.4.
Scattering...........................................................................
12
Gambar 2.5.
Material Berpori.................................................................
12
Gambar 2.6.
Membran Absorber............................................................
13
Gambar 2.7.
Material Penghambur ........................................................
13
Gambar 2.8.
Resonator Helmholtz Sederhana Digambarkan dengan a)
Gelombang Bunyi b) Gaya Mekanik.................................
Gambar 2.9.
15
Analogi Komponen Akustik, Dengan Sistem Listrik Dan
Sistem Mekanik ................................................................
16
Gambar 2.10. (a) Resonator Helmholtz dengan Material Peredam dan
(b) analogi listriknya (Blauert & Xiang, 2009)..................
17
Gambar 2.11. Set-Up Tabung Impedansi Dua Mikrofon .........................
18
Gambar 2.12. Set-Up Tabung Impedansi Empat Mikrofon .....................
19
Gambar 2.13. (a) Susunan Silinder Secara Persegi, (b) Sifat dari
Silinder Secara Mekanik, (c) Rangkaian Resonansi LC....
20
Gambar 2.14. Ilustrasi dari Refraksi Negatif, a) keadaan normal dan b)
terjadi refreksi negatif........................................................
21
Gambar 2.15. Phononic Crystal...............................................................
21
Gambar 2.16. Dua Buah Silinder Dikenai Gelombang Datang, a)
Normal, dan b) Penambahan Jarak Silinder......................
22
Gambar 2.17. Struktur Ideal Kristal .........................................................
23
Gambar 2.18. Struktur Ideal Kristal Berdasarkan Teori Pengelompokan
23
Gambar 2.19. 5 Daerah
Kisi Bravais 2-Dimensi (a) Square, (b)
Oblique, (c) Rectangular, (d) Centered Rectangular dan
(e) Hexagonal.....................................................................
Gambar 2.20. Ilustrasi dari Arah Titik Kisi (Titk Hitam), Titik Kisi
xvi
24
Timbal Balik (Titik Abu) dan Arsiran Merupakan Daerah
Indikasi Daerah Timbal Balik............................................
24
Gambar 2.21. Ilustrasi dari Peran Resonansi pada Metamaterial...........
25
Gambar 3.1.
Flowchart Prosedur Penelitian ..........................................
28
Gambar 3.2.
Variasi Tabung ..................................................................
29
Gambar 3.3.
Susunan Sonik Kristal Variasi Kisi....................................
30
Gambar 3.4.
Susunan Tabung 2x2 dengan Jarak d.................................
30
Gambar 3.5.
Skema Sampel Peredam.....................................................
31
Gambar 3.6.
Felt (nonwoven) dan Sampel Peredam Inklusi Sonik
Kristal Berbentuk Tabung..................................................
31
Gambar 3.7.
Konfigurasi Pengujian Tabung Impedansi Dua Mikrofon.
32
Gambar 3.8.
Konfigurasi Pengujian Intensitas Bunyi............................
33
Gambar 4.1. Analogi Elektroakustik pada Sonik Kristal dengan
Resonator Helmholtz Satu Leher.......................................
34
Gambar 4.2. Analogi Elektroakustik pada Sonik Kristal dengan
Resonator Helmholtz Dua Leher.......................................
35
Gambar 4.3. Analogi Elektroakustik pada Sampel Kisi Sonik Kristal
dengan Resonator Helmholtz Satu Leher..........................
36
Gambar 4.4. Analogi Elektroakustik pada Sampel Kisi Sonik Kristal
dengan Resonator Helmholtz Dua Leher...........................
37
Gambar 4.5. Koefisien Serap Bunyi pada Material Felt dan Felt
dengan Penambahan Aquaproof.......................................
38
Gambar 4.6. Koefisien Serap Bunyi pada Masing-Masing Variasi
Tabung Sonik Kristal.........................................................
39
Gambar 4.7. Koefisien Serap Bunyi Pengaruh Perubahan Ketinggian
Lubang...............................................................................
40
Gambar 4.8. Koefisien Serap Bunyi Pengaruh Penambahan Lubang
(a) pada Sampel A dan C, dan (b) pada sampel B dan
D.........................................................................................
40
Gambar 4.9. Koefisien Serap Bunyi Perbandingan Posisi Kedua
Lubang...............................................................................
xvii
42
Gambar 4.10. Koefisien Serap Bunyi Penambahan Kisi (a) pada
Sampel A dan (b) pada sampel B.......................................
43
Gambar 4.11. Koefisien Serap Bunyi Penambahan Kisi (a) pada
Sampel C dan (b) pada sampel D.......................................
44
Gambar 4.12. Koefisien Serap Bunyi Penambahan Jarak Antar Struktur
Pembentuk Sonik Kristal (a) sampel A, (b) sampel B, (c)
sampel C, dan (d) sampel D..............................................
45
Gambar 4.13. Koefisien Serap Bunyi Peredam Bunyi Inklusi Sonik
Kristal (a) sampel A, (b) sampel B, (c) sampel C, dan (d)
sampel D............................................................................
47
Gambar 4.14. Koefisien serap bunyi peredam bunyi inklusi sonik
kristal pada masing-masing variasi tabung........................
48
Gambar 4.15. (a) Koefisien Transmisi dan (b) Atenuasi Bunyi sonik
kristal 2x2 dan 4x4 pada sampel A....................................
49
Gambar 4.16. (a) Koefisien Transmisi dan (b) Atenuasi Bunyi sonik
kristal 2x2 dan 4x4 pada sampel B....................................
49
Gambar 4.17. (a) Koefisien Transmisi dan (b) Atenuasi Bunyi sonik
kristal 2x2 dan 4x4 pada sampel C....................................
50
Gambar 4.18. (a) Koefisien Transmisi dan (b) Atenuasi Bunyi sonik
kristal 2x2 dan 4x4 pada sampel D....................................
xviii
51
DAFTAR SIMBOL
: Simpangan
: Waktu
: Kecepatan sudut
: Kecepatan gelombang bunyi
: Kecepatan gelombang menjalar
: Amplitudo
: Bilangan gelombang
: Frekuensi
: Impedansi di permukaan
: Impedansi di udara
: Impedansi Akustik
: Tekanan Akustik
: Tekanan bunyi terefleksi
: Tekanan bunyi datang
: Tekanan bunyi di udara
: Rapat massa
: Rapat massa udara
: Koefisien refleksi
: Intensitas dari gelombang bunyi
: Intensitas dari gelombang datang
: Intensitas dari gelombang pantul
: Intensitas dari gelombang transmisi
: Intensitas dari gelombang terserap
: Koefisien Serap bunyi
: Koefisien Transmisi bunyi
: Koefisien Serap bunyi spekular
: Luas permukaan
: Volume
: Perubahan volume per waktu
: Massa akustik
: Konstanta pegas akustik
: Resistansi peredaman akustik
: Bilangan imajiner
: Kecepatan partikel
: Posisi, perpindahan
: Gaya
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran
1. Data hasil pengujian ............................................................
57
Lampiran
2. Gambar Sampel.....................................................................
60
xx
INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK TABUNG
Disusun Oleh:
MUSTIKA CAHYA FITRIANI
M0212054
SKRIPSI
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS ILMU MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
November, 2016
POLA RESONANSI LOKAL PADA PEREDAM BUNYI DENGAN
INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK TABUNG
Disusun Oleh:
MUSTIKA CAHYA FITRIANI
M0212054
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian
persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Sains
PROGRAM STUDI FISIKA
FAKULTAS ILMU MATEMATIKA DAN PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
November, 2016
ii
HALAMAN PENGESAHAN
Skripsi dengan judul
: Pola Resonansi Lokal Pada Peredam Bunyi Dengan
Inklusi Sonik Kristal Berbentuk Tabung
Yang ditulis oleh
Nama
: Mustika Cahya Fitriani
NIM
: M0212054
Telah diuji dan dinyatakan lulus oleh dewan penguji pada
Hari
: ........................................
Tanggal : ........................................
Dewan Penguji
1. Ketua Penguji
Dr. Fahru Nurosyid, S.Si.,M.Si.
NIP.197210132000031002
........................................
2. Sekretaris Penguji
Dra. Riyatun, M.Si
NIP.196802261994022001
........................................
3. Anggota Penguji I
Drs. Harjana, M.Si, M.Sc, Ph.D.
NIP.195907251986011001
........................................
4. Anggota Penguji II
Ubaidillah, S.T, M.Sc.,Ph.D.
NIP.198408252010121004
........................................
Disahkan pada tanggal .............
Oleh
Kepala Program Studi Fisika
Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Dr. Fahru Nurosyid S.Si., M.Si
NIP. 197210132000031002
iii
PERNYATAAN
Dengan ini saya menyatakan bahwa isi intelektual dari penelitian saya dengan
judul “POLA RESONANSI LOKAL PADA PEREDAM BUNYI DENGAN
INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK TABUNG” adalah hasil kerja saya
dan sepengetahuan saya hingga saat ini isi Skripsi tidak berisi materi penelitian
orang lain maupun telah dipublikasikan untuk mendapatkan gelar kesarjanaan di
Universitas Sebelas Maret atau di Perguruan Tinggi Negeri lainnya kecuali yang
tertulis dalam daftar pustaka dalam Skripsi ini dan ucapan terimakasih. Isi skripsi
ini boleh dirujuk atau diperbanyak secara bebas tanpa harus memberitahu penulis.
Surakarta, 25-11-2016
MUSTIKA CAHYA FITRIANI
iv
HALAMAN MOTTO
“Educating the mind without educating the heart is no educating at all.”
(Aristotle)
“Anyone who has never made a mistake has never tried anything new.”
(Einstein)
“Dimanapun engkau berada selalulah menjadi yang terbaik dan berikan yang
terbaik dari yang bisa kita berikan.”
(B. J. Habibie)
v
HALAMAN PERSEMBAHAN
Karya ini dipersembahkan kepada orang tua, teman, anggota lab. iARG dan
semua yang membaca karya ini
ccmustika@student.uns.ac.id
vi
POLA RESONANSI LOKAL PADA PEREDAM BUNYI DENGAN
INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK TABUNG
MUSTIKA CAHYA FITRIANI
Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam,
Universitas Sebelas Maret
ABSTRAK
Penelitian ini berfokus pada pengujian laboratorium dari sampel peredam
bunyi dengan inklusi sonik kristal berbentuk tabung. Kajian mengenai sampel
tersebut bertujuan untuk mempelajari karakteristik redaman sampel pada bentang
frekuensi rendah hingga medium (150-1600 Hz). Pengujian koefisien serap bunyi
dan intensitas bunyi menggunakan metode tabung impedansi 2 dan 4 mikrofon
dari B&K 4206 dengan standar ASTM E-1050. Sampel peredam merupakan
bahan nonwoven berupa felt. Pada permukaan sampel felt diberikan lapisan
aquaproof. Lapisan ini meningkatkan koefisien serap bunyi felt yaitu semula 0,21
menjadi 0,76 pada frekuensi 930 Hz, dikarenakan adanya mekanisme elastis
membran. Pemberian sonik kristal berupa tabung pada permukaan felt akan
meningkatkan koefisien serap bunyi dari 0,76 pada frekuensi 930 Hz menjadi 0,9
pada frekuensi 600 Hz, dikarenakan setiap unit tabung sonik kristal berperilaku
sebagai resonator Helmholtz. Hasil dari pengujian adalah sonik kristal memiliki
mekanisme resonansi lokal dari resonator Helmholtz, efek hamburan yang kuat,
serta multi resonansi dengan sampel peredam.
Kata kunci: Felt, aquaproof, sonik kristal, resonansi lokal, resonator Helmholtz.
vii
THE PATTERN OF THE LOCAL RESONANCE IN SOUND ABSORBER
WITH SONIC CRYSTAL INCLUSION OF TUBULAR
MUSTIKA CAHYA FITRIANI
Physics Department, Faculty of Mathematic and Natural Sciences,
Sebelas Maret University
ABSTRACT
This study focused on laboratory testing of absorber by using sonic crystal
tubular inclusion. The study of the sample aimed at studying absorption
characteristics of the sample at the low - medium frequency band (150-1600 Hz).
The sound absorption coefficient and the sound intensity test are using the
impedance tube method two and four microphones of B & K 4206 with ASTM E1050 standards. The Absorber uses a nonwoven material such as felt. The felt
surface given aquaproof layer. This layer increases the sound absorption
coefficient of the felt that before had 0.21 into 0.76 at a frequency of 930 Hz, and
it is because of the elastic membrane mechanism. Given sonic crystal tubular on
the felt surface improved the sound absorption coefficient of 0.76 at a frequency
of 930 Hz becomes 0.9 at a frequency of 600 Hz, it is because each unit tube of
the sonic crystal behaves as a Helmholtz resonator. The test result was sonic
crystals had local resonance mechanism of the Helmholtz resonators, a strong
scattering effect, and multi-resonance with absorber.
Keyword: Felt, aquaproof, sonic crystal, local resonance, Helmholtz resonator.
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Allah SWT atas segala limpahan nikmat dan karuniaNya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan Skripsi. Sholawat dan
salam senantiasa penulis haturkan kepada Rasulullah SAW sebagai pembimbing
seluruh umat manusia.
Skripsi yang penulis susun sebagai bagian dari syarat untuk mendapatkan
gelar Sarjana Sains ini penulis beri judul “POLA RESONANSI LOKAL PADA
PEREDAM BUNYI DENGAN INKLUSI SONIK KRISTAL BERBENTUK
TABUNG”. Terselesaikannya skripsi ini adalah suatu kebahagiaan bagi penulis.
Setelah hampir satu tahun penulis harus berjuang untuk menuntaskan Skripsi ini.
Kepada berbagai pihak yang telah membantu penulis menyelesaikan Skripsi ini
penulis mengucapkan terimakasih. Atas bantuan yang begitu besar selama proses
Skripsi ini, ucapan terimakasih secara khusus penulis sampaikan kepada:
1. Bapak Harjana selaku Dosen Pembimbing I atas saran dan masukan positif
untuk menunjang kesuksesan penulis selama proses studi hingga memperoleh
gelar sarjana.
2. Bapak Ubaidillah selaku Dosen Pembimbing II atas bimbingan, bantuan
dan dukungan kepada penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Iwan Yahya selaku kepala lab iARG dan pendidik, yang dengan
sangat sabar dan ikhlas selalu membantu penulis dalam setiap kesulitan,
memberikan dukungan serta motivasi, memberikan banyak pengalaman
yang sangat berkesan dan berarti, juga sebagai sandaran inspirasi bagi
setiap anak didiknya.
4. Bapak Fahru dan Ibu Riyatun selaku Dosen Penguji I dan II atas saran dan
masukkan secara detail pada penulis dalam penulisan skripsi ini.
5. Kedua orang tua penulis Bapak Dasa Srimulyono dan Ibu Nanik
Chomaryani, serta adik penulis Hanggaresa Cahya Farizqi, yang selalu
senantiasa bersabar, menberikan doa dan memberikan semangat kepada
penulis.
6. Restu Kristiani yang telah membatu, memberikan semangat dan ide-ide
kepada penulis.
ix
7. Keluarga iARG, atas semangat dan keceriaan yang telah diberikan kepada
penulis.
8. Agfa Herison, yang selalu senantiasa memberikan motivasi dan
bantuannya kepada penulis.
9. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu demi satu yang selalu
mendukung penulis dalam menyelesaikan skripsi ini
Surakarta, 25-11-2016
Penulis
x
PUBLIKASI
No.
Judul
1.
Sound Absorption
Enhancement of
Nonwoven Felt by Using
Coupled Membrane Sonic Crystal Inclusion
Penulis
Mustika C. Fitriani,
Iwan Yahya,
Harjana, Ubaidillah,
Farri Aditya,
Yusniar Siregar,
Moekarto Moeliono,
Sony Sulaksono
2.
Attenuation of
Multilocal Resonant
Coupled Cylindricalshaped Sonic Crystal
with Various Slit
Position and Axis
Orientation Angle
Restu Kristiani, Iwan Engineering Physics
Yahya, Harjana,
International Conference
Suparmi, Mustika
(EPIC) 2016.
Cahya Fitriani
3
Analisis Kinrja Akustik
Komposit Limbah
Serbuk Bambu dengan
Bahan Perekat Tepung
Sagu
M.C. Fitriani, R.
Prosiding, Seminar
Kristani, E. Muqowi, Nasional Bamboo
I. Yahya, Harjana
Bienale 2014.
xi
Jenis Publikasi
The 8TH International
Conference on Physics
and Its Application
(ICOPIA) 2016.
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ...................................................................................
i
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................
iii
HALAMAN PERNYATAAN ....................................................................
iv
HALAMAN MOTTO .................................................................................
v
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................
iv
HALAMAN ABSTRAK .............................................................................
vii
HALAMAN ABSTRACT ..........................................................................
viii
KATA PENGANTAR ................................................................................
ix
HALAMAN PUBLIKASI ..........................................................................
xi
DAFTAR ISI ...............................................................................................
xii
DAFTAR TABEL .......................................................................................
xv
DAFTAR GAMBAR ..................................................................................
xvi
DAFTAR SIMBOL......................................................................................
xix
DAFTAR LAMPIRAN................................................................................
xx
BAB I
BAB II
PENDAHULUAN .....................................................................
1
1.1. Latar Belakang ..................................................................
1
1.2. Batasan Masalah ...............................................................
3
1.3. Perumusan Masalah ..........................................................
4
1.4. Tujuan Penelitian ..............................................................
4
1.5. Manfaat Penelitian ............................................................
5
TINJAUAN PUSTAKA............................................................
6
2.1.
Bunyi .................................................................................
6
2.2.
Gelombang Bunyi .............................................................
6
2.3.
Interaksi Gelombang Bunyi pada Medium .......................
9
2.3.1. Pemantulan ..............................................................
9
2.3.2. Penyerapan ..............................................................
10
2.3.3. Transmisi .................................................................
11
2.3.4. Hamburan ................................................................
11
xii
2.4.
Material Akustik ...............................................................
12
2.4.1. Material Penyerap ....................................................
12
2.4.2. Material Penghambur ..............................................
13
2.5.
Material Non-woven ..........................................................
14
2.6.
Resonator Helmholtz .........................................................
14
2.7.
Mekanisme Akustik Pada Peredaman ...............................
15
2.8.
Metode
Tabung
Impedansi
Dua
Mikrofon
(Two
Microphone Impedance Tube Method) .............................
2.9.
BAB III
Metode Tabung Impedansi Empat Mikrofon (Four
Microphones Impedance Tube Method)............................
18
2.10. Metamaterial .....................................................................
20
2.11. Phononic Crystal ..............................................................
21
2.12. Sonik Kristal......................................................................
22
2.13. Kristalografi ......................................................................
23
2.14. Resonansi Lokal pada Metamaterial.................................
25
2.15. Atenuasi Bunyi .................................................................
25
METODE PENELITIAN .........................................................
26
3.1.
Tempat dan Waktu Penelitian ..........................................
26
3.2.
Alat dan Bahan .................................................................
26
3.2.1. Alat .........................................................................
26
3.2.2. Bahan ......................................................................
26
Prosedur Penelitian ..........................................................
28
3.3.1. Persiapan Alat dan Bahan ......................................
28
3.3.2. Pembuatan Sampel .................................................
29
3.3.3. Pengujian ................................................................
32
3.3.4. Analisa ....................................................................
33
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN .......................
34
Elektro – Akustik Pada Sonik Kristal ..............................
34
3.3.
BAB IV
17
4.1.
4.1.1. Sampel Sonik Kristal dengan Resonator Helmholtz
Satu Leher ................................................................
4.1.2. Sampel Sonik Kristal dengan Resonator Helmholtz
xiii
34
Dua Leher.................................................................
34
4.1.3. Sampel Kisi Sonik Kristal dengan Resonator
Helmholtz Satu Leher.............................................
35
4.1.4. Sampel Kisi Sonik Kristal dengan Resonator
Helmholtz Dua Leher...............................................
36
4.2. Sampel Peredam Felt dengan Aquaproof...........................
37
4.3. Sampel Sonik Kristal.........................................................
39
4.3.1. Perbandingan Variasi Tabung..................................
39
4.3.2. Penambahan kisi.......................................................
42
4.3.3. Perbandingan Jarak kisi............................................
44
4.4. Sampel Peredam dengan Inklusi Sonik Kristal..................
46
4.5. Koefisien Transmisi dan Atenuasi Bunyi..........................
48
PENUTUP ................................................................................
52
5.1.
Kesimpulan ......................................................................
52
5.2.
Saran ................................................................................
53
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................
54
LAMPIRAN ................................................................................................
57
BAB V
xiv
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1.
Variasi Tabung ..................................................................
29
Tabel 3.2.
Variasi Kisi .......................................................................
30
Tabel 3.3.
Variasi Jarak Antara Tabung ............................................
30
Tabel 3.4.
Variasi Sampel Non-woven Inklusi Sonik Kristal ............
31
Tabel 4.1.
Koefisien serap bunyi penambahan jarak pada sampel A..
46
xv
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1.
Tekanan dan Peregangan Partikel Fluida...........................
7
Gambar 2.2.
Interaksi Gelombang Melalui Bidang Batas Dua Medium
9
Gambar 2.3.
Gejala refleksi, transmisi dan absorpsi..............................
10
Gambar 2.4.
Scattering...........................................................................
12
Gambar 2.5.
Material Berpori.................................................................
12
Gambar 2.6.
Membran Absorber............................................................
13
Gambar 2.7.
Material Penghambur ........................................................
13
Gambar 2.8.
Resonator Helmholtz Sederhana Digambarkan dengan a)
Gelombang Bunyi b) Gaya Mekanik.................................
Gambar 2.9.
15
Analogi Komponen Akustik, Dengan Sistem Listrik Dan
Sistem Mekanik ................................................................
16
Gambar 2.10. (a) Resonator Helmholtz dengan Material Peredam dan
(b) analogi listriknya (Blauert & Xiang, 2009)..................
17
Gambar 2.11. Set-Up Tabung Impedansi Dua Mikrofon .........................
18
Gambar 2.12. Set-Up Tabung Impedansi Empat Mikrofon .....................
19
Gambar 2.13. (a) Susunan Silinder Secara Persegi, (b) Sifat dari
Silinder Secara Mekanik, (c) Rangkaian Resonansi LC....
20
Gambar 2.14. Ilustrasi dari Refraksi Negatif, a) keadaan normal dan b)
terjadi refreksi negatif........................................................
21
Gambar 2.15. Phononic Crystal...............................................................
21
Gambar 2.16. Dua Buah Silinder Dikenai Gelombang Datang, a)
Normal, dan b) Penambahan Jarak Silinder......................
22
Gambar 2.17. Struktur Ideal Kristal .........................................................
23
Gambar 2.18. Struktur Ideal Kristal Berdasarkan Teori Pengelompokan
23
Gambar 2.19. 5 Daerah
Kisi Bravais 2-Dimensi (a) Square, (b)
Oblique, (c) Rectangular, (d) Centered Rectangular dan
(e) Hexagonal.....................................................................
Gambar 2.20. Ilustrasi dari Arah Titik Kisi (Titk Hitam), Titik Kisi
xvi
24
Timbal Balik (Titik Abu) dan Arsiran Merupakan Daerah
Indikasi Daerah Timbal Balik............................................
24
Gambar 2.21. Ilustrasi dari Peran Resonansi pada Metamaterial...........
25
Gambar 3.1.
Flowchart Prosedur Penelitian ..........................................
28
Gambar 3.2.
Variasi Tabung ..................................................................
29
Gambar 3.3.
Susunan Sonik Kristal Variasi Kisi....................................
30
Gambar 3.4.
Susunan Tabung 2x2 dengan Jarak d.................................
30
Gambar 3.5.
Skema Sampel Peredam.....................................................
31
Gambar 3.6.
Felt (nonwoven) dan Sampel Peredam Inklusi Sonik
Kristal Berbentuk Tabung..................................................
31
Gambar 3.7.
Konfigurasi Pengujian Tabung Impedansi Dua Mikrofon.
32
Gambar 3.8.
Konfigurasi Pengujian Intensitas Bunyi............................
33
Gambar 4.1. Analogi Elektroakustik pada Sonik Kristal dengan
Resonator Helmholtz Satu Leher.......................................
34
Gambar 4.2. Analogi Elektroakustik pada Sonik Kristal dengan
Resonator Helmholtz Dua Leher.......................................
35
Gambar 4.3. Analogi Elektroakustik pada Sampel Kisi Sonik Kristal
dengan Resonator Helmholtz Satu Leher..........................
36
Gambar 4.4. Analogi Elektroakustik pada Sampel Kisi Sonik Kristal
dengan Resonator Helmholtz Dua Leher...........................
37
Gambar 4.5. Koefisien Serap Bunyi pada Material Felt dan Felt
dengan Penambahan Aquaproof.......................................
38
Gambar 4.6. Koefisien Serap Bunyi pada Masing-Masing Variasi
Tabung Sonik Kristal.........................................................
39
Gambar 4.7. Koefisien Serap Bunyi Pengaruh Perubahan Ketinggian
Lubang...............................................................................
40
Gambar 4.8. Koefisien Serap Bunyi Pengaruh Penambahan Lubang
(a) pada Sampel A dan C, dan (b) pada sampel B dan
D.........................................................................................
40
Gambar 4.9. Koefisien Serap Bunyi Perbandingan Posisi Kedua
Lubang...............................................................................
xvii
42
Gambar 4.10. Koefisien Serap Bunyi Penambahan Kisi (a) pada
Sampel A dan (b) pada sampel B.......................................
43
Gambar 4.11. Koefisien Serap Bunyi Penambahan Kisi (a) pada
Sampel C dan (b) pada sampel D.......................................
44
Gambar 4.12. Koefisien Serap Bunyi Penambahan Jarak Antar Struktur
Pembentuk Sonik Kristal (a) sampel A, (b) sampel B, (c)
sampel C, dan (d) sampel D..............................................
45
Gambar 4.13. Koefisien Serap Bunyi Peredam Bunyi Inklusi Sonik
Kristal (a) sampel A, (b) sampel B, (c) sampel C, dan (d)
sampel D............................................................................
47
Gambar 4.14. Koefisien serap bunyi peredam bunyi inklusi sonik
kristal pada masing-masing variasi tabung........................
48
Gambar 4.15. (a) Koefisien Transmisi dan (b) Atenuasi Bunyi sonik
kristal 2x2 dan 4x4 pada sampel A....................................
49
Gambar 4.16. (a) Koefisien Transmisi dan (b) Atenuasi Bunyi sonik
kristal 2x2 dan 4x4 pada sampel B....................................
49
Gambar 4.17. (a) Koefisien Transmisi dan (b) Atenuasi Bunyi sonik
kristal 2x2 dan 4x4 pada sampel C....................................
50
Gambar 4.18. (a) Koefisien Transmisi dan (b) Atenuasi Bunyi sonik
kristal 2x2 dan 4x4 pada sampel D....................................
xviii
51
DAFTAR SIMBOL
: Simpangan
: Waktu
: Kecepatan sudut
: Kecepatan gelombang bunyi
: Kecepatan gelombang menjalar
: Amplitudo
: Bilangan gelombang
: Frekuensi
: Impedansi di permukaan
: Impedansi di udara
: Impedansi Akustik
: Tekanan Akustik
: Tekanan bunyi terefleksi
: Tekanan bunyi datang
: Tekanan bunyi di udara
: Rapat massa
: Rapat massa udara
: Koefisien refleksi
: Intensitas dari gelombang bunyi
: Intensitas dari gelombang datang
: Intensitas dari gelombang pantul
: Intensitas dari gelombang transmisi
: Intensitas dari gelombang terserap
: Koefisien Serap bunyi
: Koefisien Transmisi bunyi
: Koefisien Serap bunyi spekular
: Luas permukaan
: Volume
: Perubahan volume per waktu
: Massa akustik
: Konstanta pegas akustik
: Resistansi peredaman akustik
: Bilangan imajiner
: Kecepatan partikel
: Posisi, perpindahan
: Gaya
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran
1. Data hasil pengujian ............................................................
57
Lampiran
2. Gambar Sampel.....................................................................
60
xx